天然氣處理站輕烴回收裝置工藝技術研究

沈濱 韓遠浩 王濤

天然氣輕烴回收裝置是對天然氣氣體中烴類的處理。天然氣的分離與分離二氧化碳、二氧化硫、硫化碳等相同，都是將非烴類不良成分分離出去。從產品中去除碳氫化合物所需要的工藝，導致高含量、高質量的產品達到了增加天然氣附加值的目的。

一、天然氣處理站輕烴回收裝置的原理

天然氣處理系統裝置是基于熱力學基礎展開的，每個設備或單元都涉及到各種物理參數和熱力學。建立基本的物理參數和熱力學計算方程，根據油田天然氣的原料氣體特性參數，選擇合適的方程進行技術，獲得熱力學計算結果，根據原料氣體所具備的特性參數以及產品對氣體的具體要求選擇模型

二、天然氣處理站輕烴回收工藝的模擬

油田天然氣處理站在處理原料氣的時候，需要按照如下的流程進行。

1、輕烴回收的初分離工藝。過濾和分離固體雜質和重組分，在對原料氣的處理中，通常使用臥式過濾器分離器、聚結過濾器，也可以使用臥式三相分離器。

2、輕烴回收的增壓單元工藝。主要是由于伴生氣體的低壓狀態下，壓力沒有達到3.2兆帕，可以達到良好的加工要求，所以，在工藝處理中需要對原料氣體加壓，使用原料氣增壓機增壓。

3、輕烴回收的脫水單元工藝。指從天然氣中去除飽和天然氣凝析液中溶解水的過程。一般輕烴回收的脫水單元工藝方法主要包括六種，即吸附法脫水單元工藝、低溫法脫水單元工藝、吸收法脫水單元工藝、氣提法脫水單元工藝、膜分離法脫水單元工藝和蒸餾法脫水單元工藝。在脫水單元的深度處理工藝中，水露點要求不是很高，通常采用分子篩脫水工藝。

4、輕烴回收的制冷脫烴單元工藝。分子篩脫水單元來原料氣（3.45MPa，48℃）經膨脹/壓縮機組壓縮端壓縮至4.1MPa，再經增壓機出口后冷卻器冷卻到45℃后進冷箱I，與重接觸塔頂來氣和低溫分離器分出的凝液換冷至-14.25℃，再經丙烷蒸發器冷至-30℃后進低溫分離器，分出的氣體經膨脹壓縮機組膨脹端膨脹至1.8MPa、-58.23℃，進重接觸塔底部，低溫分離器分出的低溫凝液節流降溫至2.1MPa、-42.43℃進E-1302復熱至10℃進脫乙烷塔中部。由于伴生氣體通常含有更多的乙烷和重碳氫化合物，為了增加產品的價值，通常是最大程度地回收輕烴，可以得到高純度的產物，諸如甲烷（CH4）、乙烷（C2H6）、丙烷（C3H8）、丁烷（C4H10）等等。

5、輕烴回收的脫酸單元工藝。天然氣超過商品氣體規定的指標，或者去除管道所需的酸成分。當前輕烴回收的脫酸單元工藝技術中，最常見、最成熟的技術是 N-甲基二乙醇胺（MDEA）方法和電子設計自動化（EDA）方法。

6、輕烴回收的尾氣處理單元工藝。如果酸性氣體尾氣不符合排放標準，一般采用尾氣處理工藝設計可以獲得良好的效果，比如硫磺回收中采用這種工藝技術就可以提高尾氣處理質量。

三、天然氣處理站輕烴回收裝置的主要技術分析

（一）天然氣處理站輕烴回收裝置的深冷工藝技術改造

冷回流液含有的重組分比較多，每個塔盤上的氣液兩相都可以達到平衡，使回流液相和天然氣在一個塔內就可以實現熱傳質，由此避免減冷卻量的大量損失，通過丙烷制冷系統利用丙烷氣化時的吸熱效應產生冷量來冷卻原料氣。在最大處理規模時，丙烷系統的制冷負荷最大，工藝技術上，設備空間減少，工藝流程簡化了，能源消耗量降低，由此使得輕烴回收率提高。

（二）天然氣處理站輕烴回收裝置的防凍堵工藝技術

二氧化碳在介質中的濃度，通常在恒壓狀態下介質溫度是重要的影響因素。隨著二氧化碳濃度的提高，介質的溫度就會相應地降低，就越容易結冰而產生凍堵的現象。相反，介質中二氧化碳的濃度越低，介質的溫度越高，溫度越高，就越不容易結冰而產生凍堵的現象。

在溫度恒定的情況下，二氧化碳的濃度就啟動了影響作用，使流體在低溫下逸出，此時也會發生凍結堵塞的現象。當天然氣中的二氧化碳含量超過1.25%的時候，通常在去除二氧化碳的時候，防凍堵法的成本會比較高一些，運行成本也很高。使用熱力學平衡的原理，就是利用補充碳氫化合物的技術來防止二氧化碳結冰，不需要使用脫碳裝置。為了防止二氧化碳結冰，使用脫碳裝置可以獲得良好的效果。

（三）天然氣處理站輕烴回收裝置的節能增效

1、天然氣處理站采用分級節流閥輔助制冷技術。采用三級壓縮制冷工藝和三級節流制冷工藝，可以使得壓縮機的能源消耗有效降低。與傳統的一級壓縮過程有所不同，分級節流閥輔助制冷技術可以節省大量的能量。

2、天然氣處理站采用側線萃取冷卻技術。使用不同的托盤的溫差，使用熱虹吸原理，低溫液體從重接觸塔中取出后傳輸到冷箱中進行換冷處理，對脫乙烷塔底部的重沸器進行消除，使得冷量得以有效回收，制冷劑的使用量也會減少大約40%。

結束語：

綜上所述，本文對原油田天然氣處理技術進行了研究。在操作的基礎上，優化膨脹機+丙烷低溫工藝，提出有效的回收技術，使得輕烴回收率有所提高。對熱力學相平衡原理有效利用，實現天然氣輕烴接收設備的高效節能。這種工藝技術不僅可靠，而且工藝簡單、成本比較低、能源消耗量小。